微量元素铜、锌和镉对畜禽的作用及其对环境的影响

2012-01-25江西农业大学动物科技学院刘英俊兰方菲吴红翔黄爱民舒邓群

中国饲料 2012年17期

江西农业大学动物科技学院刘英俊兰方菲吴红翔黄爱民舒邓群＊

江西科技师范学院朱晓华

为了促进动物的生长，提高饲料利用率，改善家畜肉质和体型，在动物饲料中通常添加各种微量元素，其中，铜是动物体内必需的微量元素之一，在机体新陈代谢、生长发育、维持生产性能等方面均具有重要作用；高锌可促进断奶仔猪采食，提高生长速度和改善饲料转化率；镉存在于饲料原料中，进食少量的镉即能对动物生产性能产生不良影响，甚至导致动物中毒。本文就微量元素铜、锌和镉对家畜的作用及其对环境的危害，为其合理使用和防治环境污染提供参考依据。

1 微量元素铜对畜禽的作用及其对环境的影响

铜是动物体内的必需微量元素之一，在机体新陈代谢、生长发育、维持生产性能等方面均具有重要作用。研究表明，高铜饲料作为一种高效、廉价的促生长添加剂在养猪生产中被广泛应用（邹曜宇，2010）。

1.1 微量元素铜对畜禽的作用铜在动物生产中的功效不仅在于其营养作用，而是其高剂量时的促生长作用。梅绍锋等（2009）在基础日粮中分别添加2500 mg/kg锌（氧化锌）和250 mg/kg铜（硫酸铜），研究其对断奶仔猪生产性能、消化生理和盲肠微生物数量的影响，结果发现，日粮添加高锌和高铜使仔猪全期（1～4周）平均日增重分别提高19.92%（P＜0.05）和 23.24%（P＜0.01）。高锌和高铜均能提高仔猪胃蛋白酶和胰淀粉酶活性，改善回肠、空肠和十二指肠绒毛高度及肠段绒毛高度与隐窝深度之比，其中回肠绒毛高度/隐窝深度显著增加（P＜0.05），且高铜组空肠绒毛高度/隐窝深度显著高于对照组（P＜0.05）和高锌组（P＜0.05），此外，高锌和高铜有降低盲肠大肠杆菌、乳酸杆菌和双歧杆菌数量的趋势，但差异不显著（P＞0.05）。综合看来，高铜和高锌能改善断奶仔猪生产性能，提高养分消化率及消化酶活性，且高铜促生长效果优于高锌。

1.2 微量元素铜对环境的影响

1.2.1 对土壤的影响农业部1224号文件中推荐在配合饲料或全混合日粮中猪铜的添加量为3～6 mg/kg；家禽为 0.4～10.0 mg/kg，而在我国饲料中添加高铜或高锌较为普遍，随着饲料中铜、锌添加量的增加，其排泄量直线上升，尤其是铜排泄量，当日粮铜水平由20 mg/kg增加到100 mg/kg时，其排出量提高3.8倍，当日粮铜水平增加到250 mg/kg，排出量提高 7.9 倍（何万领等，2005）。而这些超量的微量元素随着粪污排入到环境土壤中，最终给土壤带来严重危害。

土壤中的含铜量一般为1～20 mg/kg，当土壤中的含铜量高于此数值时就会对土壤造成影响，土壤微生物是土壤的重要组成部分，当铜含量达100 mg/kg时可破坏微生物蛋白质结构，使微生物因蛋白变性而死亡，造成土壤板结，土壤肥力下降（冯国明，2010）。土壤酶是土壤生态系统的一个重要组成部分，其活性是土壤具有生物活性的一种表征（黄永杰等，2009）。贾彦博等（2009）通过室内培养试验，研究了土壤铜污染对土壤微生物基础呼吸及土壤脲酶、脱氢酶、酸性磷酸酶的影响，结果表明，在低水平铜（≤100 mg/kg）添加量下土壤微生物基础呼吸呈现出先上升后下降的趋势，而随着土壤铜添加水平的进一步提高（＞100 mg/kg），微生物基础呼吸作用迅速增强；土壤脲酶则随着铜含量的增加呈现出不断下降趋势，土壤磷酸酶活性则表现为在低水平添加量下上升，而随着添加水平的进一步提高迅速降低。

1.2.2 对水体的影响在我国，生猪、家禽粪水年排放总量约达60亿t，大量的需氧腐败有机物如不经处理流入水体，会使水里氧含量下降，同时生产过程中大量使用的促生长剂-金属化合物及病菌等，进入水源会对人畜造成危害。畜禽场污水进入水体，其中铜对水生生物毒性很大，在水中浓度为0.5 mg/kg时，能使35%～100%的原生淡水植物死亡。对鱼类，铜96 h的半致死量为0.1 mg/kg（辜玉红等，2005）。高剂量的铜可造成鱼类胚胎孵化率降低和畸形率增加，对于仔鱼、稚鱼和幼鱼也有较大毒性作用，严重者可致死（蔡文超等，2009）。

2 微量元素锌对畜禽的作用及其对环境的影响

2.1 微量元素锌对畜禽的作用景翠等（2011）研究表明，甘氨酸锌可以促进仔猪铜、锌吸收，提高生长速度和饲料转化率，促进断奶仔猪采食；另外，甘氨酸锌还可提高血清铜、锌水平和血液白细胞、淋巴细胞数量及血清球蛋白和抗体水平，并能提高仔猪超氧化物歧化酶和乳酸脱氢酶活性和机体抗氧化能力。吴玉臣等（2008）研究表明，氨基酸螯合锌可显著提高断奶仔猪血清中总蛋白、白蛋白、球蛋白和免疫球蛋白IgA、IgM、IgG的含量；显著提高血清中抗体水平和淋巴细胞转化率（P＜0.05），改善仔猪的细胞免疫和体液免疫功能。李万军和张德威（2011）发现，添加蛋氨酸螯合锌能提高肉鸡生产性能，降低腿病发生率及死亡率。

2.2 微量元素锌对环境的影响

2.2.1 对土壤的影响生产实践中断奶仔猪日粮中添加的锌高达2500～3000 mg/kg，其中90%～95%从粪便中排出。辜玉红等（2005）研究猪日粮中添加不同剂量锌对环境污染程度，结果表明，高剂量锌（3000 mg/kg）通过猪体内消化吸收后，风干粪样中锌可高达16832.26 mg/kg，极显著高于低剂量及正常需要组。如此高剂量的粪锌排泄入环境中，将对环境造成极大的污染，将使土壤锌积累而导致植物生长受阻。有研究表明，分别采用饲喂含锌微量元素添加剂饲粮的猪排出的猪粪（试验猪粪）和饲喂未添加锌饲料的猪排出的猪粪（普通猪粪）作小麦-水稻盆栽试验，供试土壤为酸性黄壤、中性冲积土、石灰性紫色土；结果表明，试验组三种土壤均是随着猪粪施用量的增大，土壤全锌残留量和有效锌含量愈高，若每年以小麦-水稻轮作方式种植，长期施用高锌猪粪（以施用量最低10 g/盆计），根据土壤pH的不同，则12～28年土壤中锌含量可能超过国家土壤环境质量标准的二级标准，并且pH愈低，情况愈严重（杨定清和傅绍清，2000）。

2.2.2 对水体的影响随着现代养殖场规模的不断扩大，若含高浓度锌的粪便一旦污染水源，水中锌过高时，可影响水的味道，严重污染时，造成草木不生，鱼虾大量死亡。锌对鱼类和水生生物的毒性很大，故渔业水质要求锌含量在0.1 mg/L以下，水中锌浓度为10 mg/L时可使水变浑浊，4 mg/L时就会产生异味，并明显抑制水体生物氧化作用（冯国明，2010）。徐关文（1982）研究表明，鱼类胚胎发育状况随锌浓度的增加和接触时间的延长，致毒作用愈为明显；鲢鱼、墉鱼和草鱼出苗时对锌的最大耐受浓度为1.6～2.5 mg/L，孵出5 d死亡浓度为0.6～1.0 mg/L。孵出10 d时，有毒性影响浓度为0.4～0.6 mg/L，无明显影响的浓度在0.25 mg/L以下。锌对胚胎与胚后发育的毒性反应，主要表现为胚胎的急性中毒死亡以及致畸作用，另外，还观察到较高的锌浓度对卵膜有明显的收敛作用，说明锌对水生生物有剧毒作用。

3 微量元素镉对畜禽的作用及其对环境的影响

镉是环境中毒性最强的重金属元素之一，进食少量的镉即能对动物生产性能产生不良影响，并可导致动物发生中毒（钟宁和姜洁凌，2005）。

3.1 微量元素镉对畜禽的作用镉中毒后，主要是对动物机体的肾脏、肝脏、骨骼、生殖系统、心血管系统、胃肠系统造成损伤（余萍，2010）。近年来有关镉的大量研究表明，镉对畜禽等动物的生殖系统和功能可产生较强的毒副作用，能引起雄性动物睾丸和附睾在组织、形体甚至细胞上发生明显的改变，主要表现为精子数量减少、活性下降、畸形率上升以及干扰其他微量元素的吸收等。杨淑华等（2010）研究镉对雌性海兰白鸡卵巢发育及性激素水平的影响，结果表明，镉影响鸡的生长性能，抑制卵巢发育，降低血清E2、P4含量，且呈明显的时间-剂量效应关系。此外，有研究表明，镉在雏鸡体内各组织器官的分布随饲料中镉含量的增加而增加（邵明东等，2010）。

3.2 微量元素镉对环境的影响

3.2.1 微量元素镉对土壤的影响畜禽粪便直接排放于地表，或直接用于施肥，容易造成土壤孔隙阻塞，土壤透气、透水性下降，引起土壤板结，其中，猪粪作用尤其明显（兰宗宝等，2009）。土壤中镉的存在形态有很多，大致可分为水溶性镉和非水溶性镉两大类，离子态和络合态的水溶性镉，如CdCl2、Cd（WO3）2等能被作物吸收，对生物危害大；而非水溶性镉CdS、CdCO3等不易迁移，且不易被作物吸收，但随环境条件的改变二者可互相转化（鲁如坤，2000）。研究表明，镉在pH较高，尤其是含有较多CaCO3的碱性土壤中活性低，不易移动，而在酸性条件下则易迁移，毒性增强（张兴梅等，2010）。张昀等（2010）采用室内模拟培养的方法，对镉污染土壤脲酶动力学特征进行了研究，结果表明，脲酶活性随着培养时间的增加而降低，并在第6天达到最大抑制程度；同一培养时间内，随着镉浓度的增加，土壤脲酶活性呈现降低的趋势。

3.2.2 对水体的影响畜牧场污水来自于圈舍、饲养设备的清洗及生活污水等。污水未经处理排入江河湖库，对水生生物产生了重大的危害作用，其中，镉对鱼类的危害最为严重。马广智等（1995）研究指出，镉能使鲤鱼血清中促性腺激素水平降低，生长激素水平升高。陈剑兴等（2004）在研究镉对鲫特异性免疫力的影响时指出，镉对鲫反向间接血凝抑制抗体效价始终存在着抑制作用并且有剂量-效应关系和时间-效应关系。

水产配合饲料及其原料中的镉主要以蛋白结合态存在，以乌贼内脏粉为镉源调制的不同镉含量饲料，研究其对鱼、虾、蟹的影响，结果证实，以Cd-MT为主体的有机结合态镉对水产动物的毒理效应和代谢作用与离子态镉（Cd2+）存在着明显的差异，其在水产动物肌肉中的再累积不明显，未发现对养殖动物的毒害作用和镉的累积放大现象（林建云等，2008）。

4 改善措施

综上所述，微量元素铜、锌和镉对环境的影响巨大，其在环境中的残留放大作用会对环境产生不可逆的危害。因此，为保障人类的健康及生态环境的可持续发展，应尽量避免高剂量的添加微量元素，寻求更科学的、生态的方法来提高生产。

近年来，新的有机微量元素铜源，如赖氨酸铜、蛋氨酸铜、铜氨基酸螯合物、铜蛋白盐等产品已逐渐引入现代畜牧生产中。使用有机铜，可使粪中可溶性铜含量减少，降低铜对水源的可能污染，从而减轻了畜牧业对水体、环境和水生动物生存的威胁。由于有机铜以螯合铜的形式存在，减少了其对铁和锌的拮抗作用以及对饲料中维生素和脂肪酸过氧化的破坏作用，从而可降低在饲料中的添加量（陈志敏等，2008）。饲料中的镉主要来源于饲料原料（如鱼粉、矿物质添加剂等）以及加工过程，目前，开发重金属吸附剂是减轻饲料镉危害的重要途径（刘淑兰等，2011）。

[1]蔡文超，区又君.重金属离子铜对鱼类早期发育阶段的毒性[J].南方水产，2009，5（5）：75～79.

[2]陈剑兴，丁磊，吴康，等.镉对鲫特异性免疫力的影响[J].水利渔业，2004，24（5）：19～20.

[3]陈志敏，丁宏标，沈银书.饲料工业高剂量微量元素污染现状及综合防治措施[J].中国动物保健，2008，8：72～73，75.

[4]冯国明.养猪业应用高剂量微量元素的危害及治理 [J].环境保护，2010，8：59～60.

[5]辜玉红，童晓莉，钟正泽，等.猪日粮中添加不同剂量铜锌砷对环境污染程度的研究[J].当代畜牧，2005，8：42～44.

[6]何万领，郑文革，任洪涛，等.日粮铜、铁、锌水平对仔猪生产性能及粪便指标的影响[J].黑龙江畜牧兽医，2005，2：23～25.

[7]黄永杰，杨集辉，杨红飞，等.铜胁迫对水花生生长和土壤酶活性的影响[J].土壤学报 2009，46（3）：494～499.

[8]贾彦博，芮昶，季天委，等.土壤铜污染的微生物及酶学指标研究[J].广东微量元素科学，2009，16（3）：44～47.

[9]景翠，陈宝江，金东航.甘氨酸锌影响仔猪生长性能的试验[J].饲料研究，2011，7：38～41.

[10]兰宗宝，莫彬，苏晓波，等.畜牧业对生态环境的污染以及防治措施[J].广西农学报，2009，24（1）：53～55.

[11]李万军，张德威.蛋氨酸螯合锌替代硫酸锌对肉仔鸡的影响[J].畜牧科学，2011，5：66～67.

[12]林建云，陈维芬，陈涵贞，等.水产饲料中镉的存在形态及其在养殖动物体内累积状况的研究[J].台湾海峡，2008，27（4）：491～498.